JP4175753B2 - ガスの溶解方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス、特に酸素含有ガスを水又は排水などの水溶性媒体等の液体中に溶解する方法及び装置に関する。本発明は、ガスが酸素である実施例や水溶性媒体の実施例に限定されず、水溶性媒体又は非水溶性媒体中の酸素よりも大きな溶解度又は小さな溶解度を有する他のガスを溶解するために用いることもできる。
【０００２】
【従来の技術】
出願人の英国特許第１４５５５６７号明細書には、液体の流れを取得する工程と、流れに圧力をかける工程と、加圧された流れに処理ガスを導入してガスの幾分かを加圧された流れに溶解する工程と、溶解されたガス及び溶解されていないガスを含有する流れを乱流状態下にある液体中に導入して、溶解されていないガスを液体内に溶解又は液体内で消費される微少気泡の形態で液体に導入する工程と、を含む液体処理方法が開示されている。この方法は、典型的には、水溶性媒体に酸素を溶解するために用いられる。酸素化された流れは、典型的には、１以上のオリフィス又はジェットを介して、主流である液体中に戻される。溶解されていない酸素気泡は、流れ内でオリフィス又はジェットまで搬送される。流れが酸素化されるポイントから１個又は複数のジェットまで流れる導管の長さは、気泡がガスの個々のポケット又はスラグに癒着するか又は導管中で溶解するガスの量に不釣り合いな圧力降下が生じないうちに、液体中へのガスの幾分かの溶解が促進されるように選択される。
【０００３】
英国特許第１４５５５６７号明細書に記載されている方法は、特に、スウェッジの処理を改良するための水の酸素化に商業的成功を収めている。この方法は、少なくとも、従来の同じ電力消費を伴う処理に比較して、液体中に保持されるべきガスの量が多い点において、成功していると考える。気泡のキャリアとして流れを用いることにより、流れ内に含まれるガスの量が単に溶解可能な量に制限される場合よりも、より多量のガスを成功裡に溶解できる。
【０００４】
英国特許第１４５５５６７号による方法によって得られる他の利点は、主流である液体中に戻される流れが液体を撹拌し、こうして、懸濁液中に固体を維持して液体全体にわたる酸素の分散を助長することにある。しかし、例えば１０００ｍ³以上の容積を有するスウェッジの処理に用いられる活性スラッジタンク、スラッジラグーン、又流域の長い川などの多量の液体が用いられる場合には、酸素化を要求するなどの困難が生じる。この困難性は、分離したポンプを有する１以上の酸素化装置を要求することにある。この要求は、数個の酸素化された副流れが、広範囲にわたる部分で主流液体に戻される場合には、関連するパイプワークに高度の摩擦損失が生じ、この結果、副流れは、所望の振動を引き起こすために十分なエネルギーを液体の大部分に分与しないことになる。
【０００５】
これらの問題に対する解決法は、ヨーロッパ特許第３８９２３０Ｂ１号公報に記載されている。この特許公報は、加圧されて且つ主要な流れの速度よりも速い速度を有する複数の副流れに分配されるべき主要な流れを形成する液体にガスを溶解する方法及び装置が開示されている。各副流れは、ベンチュリを通過し、このベンチュリ内では乱流が発生し、ガスがこの乱流に導入される。ガスを含む副流れは、ガスの気泡をより小さな気泡に分断するさらなる乱流を作り出すために十分な速度で、液体に導入される。
【０００６】
かような装置は、排水を酸素化することに特に適し、しばしば産業廃棄物処理プラントに見出される周期的で大幅に変動する酸素要求量で処理可能であるが、これは不必要な費用でしかない。酸素化ガスが酸素である場合には、酸素供給システムは、ピーク酸素要求量を満たすことができるものでなければならない。この結果、酸素要求量ピークは本来的に瞬間的なものであるから、利用されている酸素源は、酸素供給能力を越える容量となる。さらに酸素要求量に見合うだけの酸素を用いることは、空気を用いる場合に比べて本質的に非常に高価である。しかし、空気を用いることもまた経済的に問題がある。なぜなら、所定の酸素化レベルを与えるためには、酸素に比べて、より多量の空気が必要となるからである。さらに、酸素要求量レベルが不規則であるがゆえに、空気供給システムは、不規則に生じるピーク要求レベルに見合うものでなければならない。これは、空気供給システムは、稼動期間中のほとんどの時間、能力をフルに用いるものではないことを意味する。高度の酸素要求量又は変動要求を伴う廃棄物処理において、酸素化のためだけに空気を用いることは実際的でなく対費用効果もよくない。なぜなら、必要な酸素化レベルを達成するために十分な空気を提供するコストがかかるからである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、種々の酸素要求量を有する液体中に、酸素含有ガスを溶解する方法を提供する。この方法は、液体を加圧する工程と、液体の主流れを形成する工程と、主流れよりも大きな速度を有する複数の副流れに主流れを分配する工程と、各副流れを各副流れ内に乱流を発生するように形成された手段に通過させる工程と、ガスを乱流に導入する工程と、ガスの気泡をより小さな気泡に分断する更なる乱流を生じさせるために十分な速度にて、ガスを含有する副流れを液体に導入する工程と、を備える方法であって、酸素を複数の副流れの第１のセットに導入し且つ空気を複数の副流れの第２のセットに導入する工程と、液体中の瞬間の酸素要求量を検出する工程と、導入された酸素及び空気の相対比率を検出された瞬間の酸素要求量に合致するように制御する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明はさらに、酸素要求量を有する液体中に酸素含有ガスを溶解する装置を提供する。この装置は、ポンプと、主導管と、主導管と連通していて且つ流れている液体中に乱流を発生させるように形成されている手段を含む複数の第１及び第２の副導管と、乱流内にガスを導入する手段と、液体内で終止し且つさらなる乱流を発生させるために十分な速度で液体中に液体を導入するように形成された出口を有するノズルと、液体中の酸素要求量を検出する手段と、を備え、上記第１及び第２の副導管内にガスを導入する手段が酸素及び空気をそれぞれ導入するように成されていて、検出された酸素要求量に対応して導入された酸素及び空気の相対比率を変える制御手段が設けられている、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明による方法及び装置は、従来技術よりも顕著に高い効率及び低コストで、排水を酸素化するために特に適している。酸素化ガスとして空気を用いることにより酸素要求量の一部を満足することは、必要とされる酸素供給容量を減少する。一方、酸素を利用する残りの部分の酸素化は、酸素要求量における正確な変動を追跡するために非常に効果的である。さらに、酸素化に通常用いられる酸素の少なくとも幾分かを空気に置換することは、コストを顕著に減少させる。なぜなら、空気の供給の設備は酸素の等量を供給する設備よりも廉価だからである。この装置は、さらに、二酸化炭素のストリッピングを可能とするために空気を注入するために特に適する。この二酸化炭素のストリッピングは、純粋酸素に基づくシステムにおいて、ｐHの低下及び／又は毒性の問題を引き起こすことが知られている。この装置は、さらに、他の液体又はガス、例えば、次亜塩素酸ナトリウム、水酸化マグネシウム、塩素、二酸化炭素及びオゾン（例えば、繊維状バクテリアを抑制する）を注入するために用いることもできる。さらに、本発明の実施形態は、酸素化用の空気及び酸素供給手段（大きな酸素化装置においては、酸素供給手段は、しばしば酸素化されるべき液体のタンクに隣接して設けられていて、この酸素供給手段は、通常は圧縮された空気の供給を要求し、圧縮された空気から酸素化用の酸素が分離される）に空気を供給するために、単一の空気ポンプ、またはコンプレッサを用いることができるという優れた利点を有する。これは、処理されるべき液体内のピーク酸素要求量レベルに合致するために十分大きな容量の単一の空気コンプレッサを設けるキャピタルコスト及びランニングコストが、正確な容量の酸素供給手段及び空気供給手段を別々に設ける場合よりも、大幅に軽減されるので、特に有利である。本発明の更なる利点は、単一の水ポンプを用いて、液体をすべての副導管に供給できることである。
【００１０】
好ましくは、空気の導入比率は、一定のレベルに維持され、酸素導入比率は、酸素要求量の変化に応じて変わる。空気の溶解度に比較して酸素の溶解度が高い場合には、もっと厳密に酸素要求量の迅速な変化が追跡可能である。しかし、これとは別に、酸素導入比率が一定に維持され、空気導入比率を適宜変えてもよい。
【００１１】
主流れ内の流速は、好ましくは、０．６５〜１．３ｍｓ^-1（２〜４フィート／秒）の範囲にある。これは、デポジットした固体の大部分を除去して、液体揚力エネルギーの摩擦損失を最小にするために必要とされる速度の直上である。こうして、揚力エネルギーの最大比率を、酸素を含有する副流れのために用いて、周流れ内の液体中に透過させ及び撹拌することができる。この速度にて各副流れは、１以上のジェットの形態で、１０〜２０ｍｓ^-1（３０〜６０フィート／秒）の範囲にあることが有利である液体内に、導入される。
【００１２】
好ましくは、副流れを独立して制御するための手段及び／又はガスを副流れに導入する手段が設けられる。かような装置は、液体全体にわたりガスの溶解を最適化する。さらに、副流れの独立制御は、液体内の機械的振動を制御可能として、ガス含有液体の循環を最適化し、及び／又は液体中に入っている物質の凝固を防止する。
【００１３】
便宜上、副導管は、主導管から各副導管に至る流れの中で液体が加速されるような寸法とされている。各導管は、好ましくは、液体の流れる方向に、断面積が徐々に減少するような断面を有し、この断面のすぐ下流に導管を取り巻くチャンバが設けられている。このチャンバ内にはガスが導入され、このチャンバにはチャンバから導管内の流体に至る複数のガス通過用孔が設けられている。
【００１４】
導管が酸素を液体中に導入するために適する場所で、乱流を発生する形状は、チャンバが取り巻く喉形状を有するベンチュリからなり、ノズル出口は、酸素含有液体の流れを加速し更なる乱流を発生させるように構成されている。
【００１５】
導管が液体中に空気を導入するために適する場所で、乱流を発生する形状は、ノズル出口のノズル上流部分からなるものでもよい。かような装置においては、ベンチュリは設けられていない。なぜなら、これは、空気を導管に通過させるために、空気にかけられるべき圧力を増加することが必要だからである。かような「戻し圧」は、空気ポンプ又はコンプレッサの出力を増加させることを要する。これは、 明らかに不利である。
【００１６】
各ノズルの位置は、理想的には、他のノズルとは独立に、上下左右に調節可能であるので、各副導管からのジェットは、正確に且つ独立に方向づけられる（この運動は、液体中で振動のローリングサイクルを効果的にするように、自動であってもよい）。各ベンチュリは、関連するノズルと一体であってもよく、各ベンチュリの上流側端部（又は、空気を導入するための副導管の場合には、ノズルの上流側端部）は主導管と隣接していてもよい。
【００１７】
【好ましい実施形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１８】
疑義を避けるため、異なる図面における同様の部品には同じ参照符号を付して説明する。添え字Ａは酸素の導入に特に適する要素を示し、添え字Ｂは空気の導入に特に適する要素を示す。
【００１９】
図１を参照すれば、図示した装置は、例えば活性汚泥処理に用いる汚泥処理タンクなどの多量の液体内全体に配されてもよい。吸引口３を有する汚泥ポンプ２は、典型的には２〜４絶対大気圧の圧力にて、排水の流れを形成する。この流れは、リング状の主導管４に入る。リング状の主導管４内の液体の流速は、リング状の主導管４内での固体の堆積を防止するために十分な速さである。リング状の主導管４は、液体を複数又は多数の離隔された副導管６Ａ、６Ｂに供給するようになされている。副導管６Ａ、６Ｂは、主導管４からほぼ垂直方向に垂れ下がる。かような各副導管には、主導管４と隣接する上流側にエルボウ７が形成されている。各副導管６は、典型的には、長さが５ｍよりも短い（しかし、この長さは、汚泥処理タンクの深さに依存して、５ｍよりも長くても短くてもよい）。また、各酸素導入副導管６Ａは、上部領域に配置されたベンチュリ８Ａを有する。各ベンチュリ８Ａは、ガス状酸素用の入口１０Ａを有する。酸素入口１０Ａは、共通の酸素主導管（図示せず）に連結されている。この酸素主導管は、典型的には、圧力揺動吸着作用（又はメンブランを用いて）により空気を分離するプラントから供給される。または、この酸素主導管は、液体酸素を含有する貯蔵容器であって、蒸留器と嵌合されていて、酸素を気体状態で導管６Ａまで供給するものでもよい。各ベンチュリ８Ａは、関連する導管６Ａ内に制限部を発生させて、導管６Ａを流れる液体に乱流を与える。さらに、各導管６は、直径がリング状主導管４の直径よりも小さく形成されていて、液体がリング状の主導管４から導管６に流れる際に液体が加速されるようになされている。入口１０Ａからの乱流領域に至る酸素の流れは、酸素を小さな気泡に分ける。入口１０Ｂから乱流領域に至る空気の流れにも同様のことがいえる。ベンチュリを介する液体の流れにより発生する吸引は、酸素の流れを生じさせるため又は補助するために用いられてもよい。
【００２０】
各空気導入副導管６Ｂは、ノズル１２Ｂの出口にすぐ隣接する液体に空気を導入するための入口１０Ｂを有する。ここから、乱流液体の流れは、周りの液体中に通過する。さもなければ、空気供給システム内に高い戻り圧が生じる問題を避けるために、副空気導管６Ｂにはベンチュリがない。空気入口１０Ｂは、共通の空気主導管（図示せず）に連結されている。この空気主導管は、典型的には、空気ポンプ又はコンプレッサ（図示せず）から供給される。さらに,この空気コンプレッサは、空気分離プラントに高圧の空気を供給する。
【００２１】
各導管６は、底端部に、下流側のＴ字形パイプ１３を有する。Ｔ字形パイプ１３は、リング状の主導管を流れる液体中に気液混合物を通過させるための１以上の出口ノズルを受け入れる。各ノズル１２Ａ、１２Ｂは、関連する導管６の直径よりももっと小さい出口直径を有するので、気液混合物は、比較的高速度でノズル１２に到着して、乱流を発生し、混合物中の気泡を均一でより小さな気泡にさらに分断又は分けることを助ける。このより小さな気泡は、液体の大部分により容易に消費されるか又は液体の主体に溶解して、完全な混合物を与え、液体の大部分を撹拌する。典型的には、ノズル１２は、追加の機械的撹拌装置を頼りにする必要なく、適当な振動が主容器内で維持されるように配設される。図１に示すように、等数の副導管６Ａ、６Ｂがあり、これらの導管には、酸素又は空気が導入される。実際には、酸素副導管６Ａの空気副導管６Ｂに対する比率は、個々の適用に適するように変えることができる。
【００２２】
本発明による方法の一実施形態において、３０ｍの直径を有するタンクは、約８８ｍの円周を有するリング状主導管４に嵌合されている。リング状主導管４から垂れ下がる等間隔に設けられた１６個の副導管６がある。副導管６の半数は、酸素導入用であり、半数は空気導入用である。リング状主導管４は、２００ｍｍ（８インチ）の内径を有し、典型的にはＰＶＣ又はＨＰＤＥ（高密度ポリエチレン）チューブから形成されている。各酸素導管６Ａは、直径７５ｍｍ（３インチ）のベンチュリ８Ａの喉部の上部と、直径５０ｍｍ（２インチ）のベンチュリ８Ａの喉部の下部と、を有する。各ノズル１２Ａの出口の直径は、典型的には、１０〜４５ｍｍの範囲にあり、この例では２５ｍｍである。直径７５ｍｍの各空気導管６Ｂの場合には、関連するノズル１２Ｂの直径は、典型的には１０〜４５ｍｍの範囲にある。ポンプ２は、リング状主導管４内で液体の流速を０．６ｍ／ｓ（２フィート／秒）に維持するように操作される。かような速度は、通常は、リング状主導管４から堆積した固体を除去するために十分である。しかし、所望であれば、１．２ｍ／ｓ（４フィート／秒）までの大きな流速を用いることもできる。図１に示す装置は、例えば、約１．９〜２．４バール（９〜１４ｍｗｇ）の圧力で、リング状主導管４まで、１時間に２５００ｍ³の水を搬送することができるポンプ２を用いて、排水３０００ｍ³内に１日に５トンの酸素を溶解して混合させるために用いることもできる。
【００２３】
複数の酸素要求量センサ１４（明瞭に示すために、１個のセンサのみを示す）は、多量の液体中に配されていて、制御手段１５に連結されている。制御手段１５は、ノズル１２Ａ、１２Ｂを介して多量の液体中に導入された酸素及び／又は空気比率を、酸素要求量を完全に満たすように（過剰に満たすのではなく）効果的に変える。ノズル１２Ａ、１２Ｂは、センサの方向に最も近く及び／又は方向づけられている。制御手段１５は、センサ１４により検出された瞬間の酸素要求量に応じて、各酸素／空気入口１０Ａ、１０Ｂ内のガス流バルブ（図示せず）及び／又は液体流バルブ（図示せず）又は関連する副導管６Ａ、６Ｂを作動させるように、適当にプログラムされたマイクロプロセッサである。明瞭にするために、作用的な連結は、制御手段１５及び１本の酸素副導管６Ａ及び１本の空気副導管６Ｂの間に示す。
【００２４】
図２を参照すれば、リング状主導管４の代わりに細長い主導管２０が用いられているが、図１の装置と基本的に同様の装置が示されている。リング状主導管を用いる場合よりもより変動しやすい流れである副導管６Ａ、６Ｂへの流れを均等化するために、各導管６Ａ，６Ｂは、流れ制御バルブ２２を具備する。バルブ２２は、ポンプで汲み上げられた液体がポンプ２からさらに離隔するにつれ、圧力降下の効果を補償するように設定できる。所望であれば、Ｔ字形パイプ１３をスイベル又は他のジョイントを有するように構成してもよく、こうしてノズル１２Ａ，１２Ｂが指向する方向を他方に依存せずに設定できる。他の点において、図２に示す装置の操作及び構成は、図１に示すものと近似する。図２に示す装置は、例えば、川、ラグーン、港湾、多数の池、大きな活性汚泥タンク及び広い河口域を酸素化するために用いることができる。
【００２５】
図３において、図１に示す装置とは異なる装置が示されている。２つの装置の間の主な相違は、図３に示す装置の導管６の長さが、図１に示す装置の導管の長さよりも短いことである。導管６は、それぞれ、ほぼＪ字形であり、単一のノズル１２で終止し、リング状主導管４の表面の内方に面する部分に受け入れられる。図３には示されていないけれども、各導管６は、酸素主導管又は空気主導管のいずれかに連結されている。導管６は、ジョイント又はベアリングを有するように構成されていてもよく、こうしてノズル１２が指向する方向を独立に、上下又は左右に調節することができる。かような配置は、図３に示す装置を流れる主流液体全体の酸素化及び混合を促進する。図３に示すような装置の操作の典型例において、ポンプ２は５００ｍ³／時間の水を約１．４バール（１４ｍｈｗｇ）の圧力でリング状主導管に搬送し、５００ｍ³の容積の水に、１トン／日の総酸素（酸素及び空気由来）を溶解する。典型的には、操作において、微少な気泡が分散されている液体の流れは、各ノズル１２組立体に、約１０ｍｓ^-1の速度で通過する。大容量の液体において、図３に示すような装置（又は複数の装置）は、図１に示す種類の装置の中央に位置づけられる。
【００２６】
図４を参照すれば、図１及び図３に示す装置とほぼ同様の装置が示されている。図４に示す装置において、主導管４は、エンドレスであり、矩形を規定する。主導管４は、ほぼ垂直に配設されている。各導管６Ａ、６Ｂは、ほぼ水平に配設されていて、関連するベンチュリ８Ａ及びノズル１２Ａを有する各酸素導管６Ａがワンピース構成として形成されている。これら３個の部分は、すべて、互いにに同軸である。酸素は、主供給源２１から入口１０Ａに供給され、空気は、主供給源２３から入口１０Ｂに供給される。図５に示すように、ノズル１２Ａは、互いにファン付き装置に配置されてもよく、空気ノズル１２Ｂ（図示せず）も同様である。
【００２７】
図４及び図５に示すノズルデバイスは、図６Ａ及び図６Ｂに、より詳細に示されている。図６Ａに示す酸素を導入するための管状デバイス３０は、主導管４に結合されている入口を有する上流側のベンチュリ３２を有する。ベンチュリ３２の喉部３４は、孔３５を有して形成されている。孔３５は、喉部３４を取り巻く環状ガス分配チャンバ３６と連通する。チャンバ３６は、ガス分配パイプ４０と連通する入口３８を有する。ベンチュリ３２の下流側端部は、管状デバイス３０の直円柱部分４２と形状が符合する。直円柱部分４２は、下流側方向にテーパーが付されているノズル４４と形状が符合する。操作において、圧力下の水又は液体の流れは、主導管４からベンチュリ３２の上流側端部まで流れる。喉部３４は、流れ内に乱流を生じさせる。溶解されるべき酸素又は他のガスは、孔３５を介して、チャンバ３６からの通路により流れに導入される。ベンチュリ３２を介して流れる液体の流れにより発生する吸引は、ガス状酸素又は空気のフローを流れ内に誘導するために十分であり、または、ガスは流れ内にガス全体を入れるために十分な圧力下で供給されてもよい。ベンチュリ３２の喉部３４は、流れの中に乱流を発生させる制限部として作用し、よってガスを気泡に分断することを促進する。デバイス３０の部分４２において、流れのフローは、乱流を減少させる。この部分４２は、０．３〜１ｍの範囲の長さを有し、よって比較的短く、最小の圧力降下を維持するものでもよい。液体の流れは，次いで、典型的には１０〜２０ｍｓ^-1の範囲にある速度で、ジェットとしてのノズル４４を介して、本発明による装置が浸される液体内に入る。かような速度は、ノズル４４の出口にて乱流を発生する補助となり、より小さなサイズの気泡にガス気泡を分断しやすくする。一方で、酸素気泡をノズルから離れて処理されるべき多量の液体の領域に浸透させることができる。ジェット内のエネルギーは、ゆえに、比較的多量の液体中に放散され、液体を良好に混合された状態に維持する補助となる。
【００２８】
図６Ｂに示されたデバイス５０は、デバイスを通過する液体に空気を導入するためのものであり、上流側にテーパーが付された部分５２と、下流側にほぼ一定の断面積を有する部分５４と、を有する。部分５４は、孔５５を有して形成されている。孔５５は、部分５４を取り巻く環状空気分配チャンバ５６と連通する（図において、チャンバ５６は部分５２に当接して示されているが、実際には、１ｍまでの一定の直径の無孔管によって離れている）。チャンバ５６は、空気入口管６０と連通する。操作において、圧力下の水又は液体の流れは、主導管４からテーパーが付された部分５２まで流れる。テーパーが付された部分５２及び部分５４は、流れの中に乱流を発生させる。溶解されるべき空気は、チャンバ５６から孔５５を通過する通路によって、乱流の発生している流れの中に導入される。再び、空気を含む液体の流れが液体の本体に入るように配置され、本発明による装置は、デバイス５０の出口６４にて乱流を発生するために十分な速度で、浸されて、ガス気泡を分断する。空気がチャンバ５６に供給されなければならない圧力を減少させるために、ベンチュリは設けられていない。なぜなら、空気供給ラインにおける高い戻り圧は、供給するための汚れていないポンプを要求するが、空気ポンプの容量を減少させることが本発明の目的だからである。
【００２９】
再度、図３及び図４を参照すると、図示されているポンプ２は、装置全体を酸素化されるべき水のタンクよりも低くすることができるように、よって酸素源及び／又は空気源及びポンプ４用の電力線に対する連結部のみがタンクの外側に作られるように、タンクの底部又は特別に設けられたプラットフォーム（図示せず）に立脚させることができる種類のものである。よって、図３又は図４に示す種類の装置は、特に実施が簡単である。
【００３０】
欧州特許第６７３８８５Ｂ１号公報に開示されているタイプのノズルは、本発明の装置と一緒に用いることに特に適することがわかっている。かようなノズル１００は図７に示されている。ノズル１００は、、例えば切頭円錐１２２などの第１のほぼ収束部分及び第２のほぼ拡幅部分１２４により形成されたダクト１０２を備える（図７において、流れは、矢印で示されているように、ノズルを右から左に通過する）。第１の部分１２２は、第２の部分１２４の入口端部１２８よりも狭い出口端部１２６及びこれらの間に環状ギャップ１３０を規定する２個の重なり部分を具備する。壁部分（例えば、第１及び第２の部分１２２，１２４の間に延在する直円柱管１３２の形態である）及び部分１２２，１２４により形成されたプレナムチャンバ１３１は、ガスを受け入れ且つガスをダクト１２０を通過する液体の流れに溶解させるためにガスを環状ギャップ１３０に向けて通過させるように設けられている。第１及び第２の部分１２２，１２４は、ネジ溝１３４，１３６によって、管１３２に関して軸方向に移動し、環状ギャップ１３０のサイズよってガスを通過させ得る断面積のサイズを変化させる。ノズル１００の操作は、欧州特許６７３８８５Ｂ１号公報に記載されている。
【００３１】
ノズル１００は、空気及び酸素の両者を溶解するために適している。よって、ノズル１００は図１〜図５に示すいずれの実施形態にも適用可能である。特に、ノズル１００は、実際、いくつかの点で図６Ａ及び図６Ｂに示すノズル３０、５０よりも優れていることがわかっている。第一に、幅３ｍで着座し、１０ｍ／ｓの流速（喉部で計測して）で操作される場合には、ノズル３０，５０は、ガス気泡が表面に到達する前方に約７ｍの範囲を与えるであろう。同様の条件で、ノズル１００は９ｍ以上の範囲を与える。ノズル３０、５０の孔３５、５５の総面積と同じ断面積を有するように調整されたノズル１００の環状ギャップ１３０で、ノズル１００は５０％以上効果的である。ノズル１００内の環状ギャップ１３０のサイズの調節可能性は、重要である。なぜなら、この調節可能性によって、所定の割合で、ガスをダクト１２０に通過させるために必要なガスコンプレッサ上の戻り圧の変動を可能にするからである。最後に、ノズル１００を貫通する液体フローは、円環１００を貫通するガスフローを誘導するために十分であることがわかっている。これは、ガスが、圧力揺動吸着装置などからの出力など、低圧又は大気圧近傍でのみ得られる場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の酸素化装置の一部を斜視図で示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態の酸素化装置の一部を斜視図で示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態の酸素化装置の概略斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第４の実施形態の酸素化装置の概略斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第５の実施形態の酸素化装置の一部の平面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、図４及び図５に示す酸素化装置に用いるノズルの断面図であり、図６Ａのノズルは酸素導入用であり、図６Ｂのノズルは空気導入用である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に用いるノズルの好ましい形態の断面図である。
【符号の説明】
２：ポンプ
４：主導管
６Ａ、６Ｂ、１００：副導管
８Ａ：ベンチュリ
１２：ノズル
１４：酸素要求量検出センサ
１５：制御手段
３４：喉部
３５，５５：ガス通過用孔
３６，５６：チャンバ
５２：ノズル上流部分
６４：ノズル出口
１２０：ベンチュリダクト
１２２：ベンチュリダクトの第１の部分
１２４：ベンチュリダクトの第２の部分
１２６：ベンチュリダクトの第１の部分の出口端部
１２８：ベンチュリダクトの第２の部分の入口端部
１３０：環状ギャップ

Claims (12)

1. 変動する酸素要求量を有する液体中に酸素を含有するガスを溶解する方法であって、
   液体を加圧する工程と、
   液体の主流れを形成する工程と、
   上記主流れを、各々が主流れの速度よりも大きな速度を有する複数の副流れに分配する工程と、
   各上記副流れを、各副流れに乱流を発生させるように構成された手段に通過させる工程と、
   ガスを乱流に導入し、ガスの気泡をより小さな気泡に分断する乱流をさらに発生させるために十分な速度にてガスを含有する副流れを液体中に導入する工程と、
   を備える方法において、
   酸素を複数の副流れの第１のセットに導入し、空気を複数の副流れの第２のセットに導入し、
   液体中の瞬間酸素要求量を検出し、
   検出された瞬間酸素要求量に見合うように、導入された酸素及び空気の相対比率を制御する、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１の方法であって、空気の導入速度を一定に維持し、瞬間酸素要求量における検出された変化に応じて、酸素の導入速度を変えることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は請求項２の方法であって、主流れの流速が０．６５〜１．３ｍｓ^-1（２〜４フィート／秒）の範囲にあることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１の方法であって、１０〜２０ｍｓ^-1（３０〜６５フィート／秒）の範囲にある速度を有する１以上のジェットの形態で、各副流れが液体中に導入されることを特徴とする方法。
5. 酸素要求量を有する液体中に酸素含有ガスを溶解するための装置であって、ポンプ（２）と、主導管（４）と、上記主導管（４）と連通状態にあり且つ流れている液体に乱流を発生させるような形状の複数の第１及び第２の副導管（６Ａ、６Ｂ、１００）と、乱流内にガスを導入する手段及び液体中で終止し且つさらに乱流を発生するために十分な速度で液体が液体中に導入されるように構成されている出口を有するノズル（１２）と、液体中の酸素要求量を検出する手段と、を備える装置において、
   上記第１及び第２の副導管（６Ａ、６Ｂ、１００）にガスを導入する手段が、それぞれ酸素及び空気を導入するように成されていて、
   検出された酸素要求量に応答する制御手段（１５）が、導入された酸素及び空気の相対比率を変えるように成されている、
   ことを特徴とする装置。
6. 請求項５の装置であって、
   前記副導管（６Ａ,６Ｂ）は、液体が主導管（４）から各副導管（６Ａ、６Ｂ）へ流れる際に加速されるような寸法とされていて、
   各導管は、液体の流れ方向における断面積が徐々に減少する区間を有し、
   上記区間のすぐ下流に、導管を取り巻くチャンバ（３６，５６）が設けられていて、
   このチャンバ（３６，５６）内には、ガスが導入され、
   このチャンバ（３６，５６）には、導管内でチャンバ（３６，５６）から流体に至るガスの通過用の孔（３５，５５）が設けられている
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項６の装置であって、
   前記導管（６Ａ）のすべて又は各導管（６Ａ）は、導管を流れる液体内に酸素を導入するように成されていて、
   前記乱流を発生させる形状は、前記チャンバ（３６）が取り巻く喉形状（３４）を有するベンチュリからなることを特徴とする装置。
8. 請求項６又は請求項７の装置であって、
   前記導管（６Ｂ）のすべて又は各導管（６Ｂ）は、導管を流れる液体内に空気を導入するように成されていて、
   前記乱流を発生させる形状は、ノズル出口（６４）のノズル上流部分（５２）からなることを特徴とする装置。
9. 請求項５の装置であって、
   各副導管（１００）は、導管を流れる液体の通路用のベンチュリダクト（１２０）を備え、
   上記ベンチュリダクト（１２０）は、使用中に液体の流れ方向に関してほぼ収束している第１の部分（１２２）及び使用中に流体の流れ方向に関してほぼ拡がっている第２の部分（１２４）により形成されていて、
   上記第１の部分（１２２）は、上記第２の部分（１２４）の入口端部（１２８）よりも小さな直径の狭い出口端部（１２６）を有し、上記出口端部（１２６）は上記入口端部（１２８）と上記出口端部（１２６）との間に環状ギャップ（１３０）を形成するように、上記入口端部（１２８）内に延在し、
   上記ベンチュリダクト（１２０）を通過するすべての流体とガスとの混合を促進するように、環状ギャップ（１３０）にガスを供給する手段を提供する、
   ことを特徴とする装置。
10. 請求項５〜請求項９のいずれか１の装置であって、
    前記制御手段（１５）は、副導管（６Ａ、６Ｂ、１００）への液体の流速を効果的に独立して制御することを特徴とする装置。
11. 請求項５〜請求項１０のいずれか１の装置であって、制御手段（１５）は、ガスを導入する手段を効果的に独立して制御することを特徴とする装置。
12. 請求項５〜請求項１１のいずれか１の装置であって、
    液体内の異なる位置での酸素要求量を検出するための複数のセンサ（１４）が設けられていて、
    制御手段（１５）は、ガス導入手段及び／又は各異なる位置に近接して及び／又は各異なる位置にて副導管（６Ａ、６Ｂ、１００）を貫通する液体の流れを独立して制御するように成されている、
    ことを特徴とする装置。

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